DE102017010019A1

DE102017010019A1 - Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks

Info

Publication number: DE102017010019A1
Application number: DE102017010019.5A
Authority: DE
Inventors: Lukas Bock; Volker Kümmerling; Thomas Jessberger; Hoang-Minh Vu
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2018-05-03
Also published as: US20180120868A1; CN108008744A; US10671100B2; CN108008744B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einheit (10) zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, mit wenigstens einem Gehäuseteil (13, 14) und einer mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) verbundenen Schaltfolie (22) zum Schalten bei Druckdifferenzen von 1 bis 250 mbar, bevorzugt von 1 bis 100 mbar, relativ zu einem auf die Schaltfolie (22) wirkenden Umgebungsdruck, und zum Regulieren, Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids zwischen einem Zufluss (28) und einem Abfluss (30) für das Fluid. Die Schaltfolie (22) ist aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material, insbesondere aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Thermoplast, gebildet. Dabei ist ein Öffnungsquerschnitt (40) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) durch die Schaltfolie (22) abgeschlossen.Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden einer Schaltfolie (22) mit wenigstens einem Gehäuseteil (13, 14) einer Einheit (10), wobei ein radial außen liegender Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) durch wenigstens teilweises Aufschmelzen des Fügebereichs (42) und/oder der Fügefläche (50, 52) verbunden wird, insbesondere fest verbunden wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, insbesondere für die Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden einer Schaltfolie mit wenigstens einem Gehäuseteil der Einheit.
Stand der Technik
Druckregelventile werden beispielsweise in der Entlüftungsleitung zwischen Kurbelgehäuse und dem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine verwendet. Dabei geht es darum, den Druck oder Unterdruck in den zu entlüftenden Behältern nicht über einen vorbestimmten Wert hinaus ansteigen zu lassen.
In Brennkraftmaschinen treten Blow-by-Gase auf, die dadurch entstehen, dass Verbrennungsgase im Zylinder am Zylinderkolben vorbei in das Kurbelgehäuse gelangen. Diese Blow-by-Gase lassen den Druck im Kurbelgehäuse ansteigen, wobei Leckagen und Auslaufen von Öl die Folge sein können. Um einen Druckanstieg zu vermeiden und die Blow-by-Gase umweltfreundlich abzuführen, werden diese aus dem Kurbelgehäuse in den Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine zurückgeführt. Andererseits soll der angegebene Unterdruckwert nicht wesentlich unterschritten werden, weil sonst durch Undichtigkeiten ungewollt Fehlluft in das Kurbelgehäuse gesaugt würde.
Bei den Druckregelventilen, die zurzeit verwendet werden, wird üblicherweise ein Element, dem Fachmann auch unter dem Begriff „Schaltmembran“ geläufig, aus Elastomer, häufig Fluorsilikon-Kautschuk (FVMQ), eingesetzt. Diese Schaltmembranen sind aufgrund der spezifischen Eigenschaften von Elastomeren sehr flexibel. In Abhängigkeit der anliegenden Druckverhältnisse öffnet bzw. schließt diese Schaltmembran eine Öffnung im Druckregelventil. Das Druckverhältnis ergibt sich üblicherweise aus der Druckdifferenz zwischen dem anliegenden Druck in einer ersten Kammer und dem herrschenden Druck in einer zweiten Kammer des Druckregelventils. Der Druck in der ersten Kammer kann beispielsweise gleich dem Atmosphärendruck sein. Die Schaltmembran muss auf geringe Schaltdrücke in der Größenordnung von 1 bis 250 mbar reagieren.
Blow-by-Gase bei einer Brennkraftmaschine bestehen aus unverbrannten Kraftstoffanteilen, Motorölanteilen und anderen bei der Verbrennung entstandenen Schadstoffen. Diese Gase greifen viele Elastomerarten an, wodurch es zu Schädigungen der Materialeigenschaft kommen kann. Die Bauteile aus diesen Materialien werden spröde, porös und rissig. Sind die Schaltfolien beschädigt, gelangen die umweltschädlichen Blow-by-Gase direkt in die Umgebung, da das System nicht mehr dicht ist. Die Schaltmembran aus Elastomer ist üblicherweise als Rollfolie ausgeführt, um einen gewissen Hub der Schaltmembran zu realisieren. Das Material im Rollbereich wird durch die Abrollbewegung bei gleichzeitigem Kontakt mit Blow-by-Gasen zusätzlich mechanisch belastet und kann so geschädigt werden.
Die DE 26 29 621 A1 offenbart ein Membranventil mit einer Schaltmembran, welche als eine an ihrem Rand zwischen dem Gehäuse und dem Gehäusedeckel eingespannte Schaltfolie ausgeführt ist, die durch ein Druckstück an einer im Gehäuse vorgesehenen Sitzfläche zur dichtenden Anlage zu bringen ist, wobei die Schaltmembran aus einer dem Gehäuseinnern zugewandten dünneren Schicht geringer Elastizität, z. B. aus PTFE, die gegen aggressive Durchflussmedien resistent ist, und einer weiteren, dickeren Schicht aus gummielastischem Material besteht. Derartige Membranventile werden vor allem dort eingesetzt, wo eine hohe chemische Beständigkeit der mit dem Durchflussmedium in Berührung kommenden Werkstoffe gefordert wird. Da gummielastische Materialien dieser Anforderung nicht genügen, die chemisch resistenten Werkstoffe wie PTFE aber nicht die für eine einwandfreie Funktion nötige Elastizität besitzen, werden aus zwei Schichten bestehende Folien verwendet. Über die dicke, gummiartige Schicht wird der über das Druckstück ausgeübte Anpressdruck möglichst gleichmäßig auf die mit der Sitzfläche im Gehäuse zusammenwirkende Dichtfläche der Schaltfolie übertragen. Dabei werden zum Schließen der zweischichtigen Schaltmembran über eine Druckspindel, die mit einem Handrad verbunden ist, relativ große Schaltdrücke von mehreren Bar auf die Schaltmembran ausgeübt, um die nötige Abdichtfunktion durch die steife PTFE-Schicht zu gewährleisten.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einheit zum Schalten bei niedrigen Druckdifferenzen zu schaffen, die beim Betrieb an einer Brennkraftmaschine mit aggressiven Medien, insbesondere von so genannten Blow-by-Gasen, eine hohe Lebensdauer erreicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden eines schaltbaren Schließelements mit der Einheit zu schaffen, die beim Betrieb an einer Brennkraftmaschine mit aggressiven Medien, insbesondere von so genannten Blow-by-Gasen, eine hohe Lebensdauer erreicht.
Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung von einer Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks gelöst, mit wenigstens einem Gehäuseteil und einer mit dem wenigstens einen Gehäuseteil verbundenen Schaltfolie, wobei die Schaltfolie aus einer Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie gebildet ist und wobei ein Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Gehäuseteils durch die Schaltfolie abgeschlossen ist. Die Fluor und Kohlenstoff aufweisende Schaltfolie kann insbesondere aus einer Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Folie aus Thermoplast gebildet sein.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird die weitere Aufgabe durch ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden einer Schaltfolie mit wenigstens einem Gehäuseteil einer Einheit gelöst, wobei die Schaltfolie mit dem wenigstens einen Gehäuseteil durch wenigstens teilweises Aufschmelzen des Fügebereichs und/oder der Fügefläche verbunden wird.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird eine Einheit zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks vorgeschlagen, mit wenigstens einem Gehäuseteil und einer mit dem wenigstens einen Gehäuseteil verbundenen Schaltfolie zum Schalten bei Druckdifferenzen von 1 bis 250 mbar, bevorzugt von 1 bis 100 mbar, relativ zu einem auf die Schaltfolie wirkenden Umgebungsdruck, und zum Regulieren, Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids zwischen einem Zufluss und einem Abfluss für das Fluid, wobei die Schaltfolie aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material, insbesondere einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Thermoplast, gebildet ist, und wobei ein Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Gehäuseteils durch die Schaltfolie abgeschlossen ist.
Die Einheit dient nicht nur zum Freigeben oder Absperren eines Durchflusses, sondern reguliert zwischen den zwei Schaltzuständen „Freigabe“ oder „Absperren“ durch eine kontinuierliche Veränderung des Durchflussquerschnittes in Abhängigkeit der Druckdifferenz den Durchfluss des Fluids zwischen dem Zufluss und dem Abfluss. Dadurch kann der Durchfluss gedrosselt werden.
Eine Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer-Folie, insbesondere eine Fluor und Kohlenstoff aufweisende Thermoplast-Folie, ist chemisch resistent und kann viele Schaltzyklen des Folienventils schalten. Die Langzeitstabilität der Einheit ist verbessert. Insbesondere kann das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer PTFE (Polytetrafluorethylen) sein. Alternativ kann das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer aus einem PTFE als Grundmaterial bestehen, welches Zumischungen aufweist, insbesondere eine Zumischung von Glasfaser, Glaskugeln, Graphit und/oder Kohlefasern, insbesondere mit einem Anteil der zugemischten Stoffe von bis zu 60 %; ebenso kann das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer ein thermoplastisch verarbeitbares PTFE sein, welches insbesondere in einem Spritzprozess verarbeitbar ist.
Vorzugsweise ist die Schaltfolie höchstens 0,5 mm dick, bevorzugt höchstens 0,3 mm, besonders bevorzugt höchstens 0,2 mm dick. Die Schaltfolie kann einen Durchmesser zwischen 40 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm aufweisen. Es ist denkbar, dass bei entsprechend größeren Durchmessern auch etwas höhere Dicken der Schaltfolie im Bereich von über 0,5 mm, z. B. höchstens 0,5 mm bis 1 mm, realisierbar sind.
Eine übliche Schaltmembran aus Elastomer einer üblichen Einheit für die Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder die Druckregelung des Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine wird dabei durch eine Schaltfolie aus dem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer, insbesondere aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Thermoplast, ersetzt. Ein Fluor und Kohlenstoff aufweisendes Polymer-Material wie PTFE kann beispielsweise in einem Sinterprozess hergestellt und anschließend mechanisch bearbeitet werden. Eine solche Schaltfolie ist in ihrer normalen Form sehr steif und eigentlich nicht für flexible Bauteile geeignet. PTFE besitzt eine hervorragende chemische Beständigkeit und ist in einem sehr breiten Temperaturbereich einsetzbar, wobei sich der E-Modul zu tiefen Temperaturen hin im Vergleich zu Elastomer-Werkstoffen sehr stark erhöht. Aus diesem Grund ist PTFE für eine Anwendung als Schaltfolie in dem für Automobilanwendungen an einer Brennkraftmaschine geforderten Temperaturbereich von typischerweise -40 °C bis +150 °C eher nicht geeignet. Dieser Nachteil wird bei der erfinderischen Einheit vorteilhaft durch eine vorteilhafte Geometrie und optional durch extrem dünne Wandstärken der Schaltfolie aus dem Fluor und Kohlenstoff aufweisendem Polymer, insbesondere einem aus Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Thermoplast, vermieden.
Durch eine Reduzierung der Wandstärke des Materials in einem bei der Schaltfolie bestimmungsgemäß beweglichen Bereich auf wenige zehntel Millimeter, wobei der in sich bestimmungsgemäß unbewegliche Dichtbereich sowie der Einspannbereich des Materials auch stärker ausgeführt werden können, und eine speziell entwickelte Geometrie der Schaltfolie ohne Rollbereich, wie er sonst üblicherweise im Stand der Technik verwendet wird, wird das steife Material in eine Form gebracht, in der es die nötige Flexibilität aufweist, aber trotzdem die mechanischen Anforderungen hinsichtlich Rissbildung, Dehnung und Biegewechselfestigkeit erfüllt. Durch die spezielle Geometrie findet keine Rollbewegung mehr statt, sondern eine Biegebewegung mit einer Radienänderung, die dehnungsarm oder sogar praktisch ohne Dehnung des Materials erfolgen kann, und mit der eine Hubbewegung der Schaltfolie für die erfindungsgemäße Einheit realisiert werden kann.
Die Schaltfolie kann einen tellerartigen Flachkörper aufweisen, insbesondere als tellerförmiger Flachkörper ausgebildet sein, mit einem einen zentralen Verschlussbereich umgebenden Biegebereich, wobei der Biegebereich beim Schalten der Schaltfolie durch eine dehnungsarme, d. h. für die praktische Anwendung praktisch dehnungsfreie, insbesondere dehnungsfreie, Biegebewegung den Verschlussbereich gegenüber einem Ventilsitz in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Normalen des Flachkörpers, auf den Ventilsitz hin oder von dem Ventilsitz weg bewegt. Da die Schaltfolie in dieser Ausgestaltung sich nicht nur in einem kleinen Flächenbereich, sondern großflächig auf Grund der tellerartigen Form durchbiegen kann, sind einzelne Bereiche der Schaltfolie wenig oder praktisch gar nicht dehnungsbelastet. Die Biegebewegung wird so über einen großen Bereich der Schaltfolie und demzufolge mit geringer elastischer Deformation in Form einer Krümmungsänderung mit geringer Dehnung, beispielsweise kleiner 10 %, ausgeführt.
Der Verschlussbereich der Schaltfolie kann den Durchfluss des Fluids zwischen dem Zufluss und dem Abfluss unterbrechen. Die Schaltfolie kann beispielsweise mit ihrem Dichtbereich unmittelbar auf einem Dichtsitz aufliegen, um den Durchfluss zu unterbrechen.
Die Schaltfolie kann dafür zwischen ihren jeweiligen Maximalpositionen im geöffneten und geschlossenen Zustand bewegbar sein, indem auf einer Seite der Schaltfolie Atmosphärendruck als Steuerdruck anliegt. Vorteilhaft kann die Schaltfolie selbstregulierend sein, und die Schaltfolie kann indirekt, über eine Druckdifferenz zwischen Atmosphärendruck in der einen Kammer der Einheit und einem Arbeitsdruck der anderen Kammer der Einheit geschlossen werden. Der Arbeitsdruck kann beispielsweise ein Druck in einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine sein.
Vorteilhaft kann die Schaltfolie alternativ zwischen ihren jeweiligen Maximalpositionen im geöffneten und geschlossenen Zustand bewegbar sein, indem auf einer Seite der Schaltfolie ein Steuerdruck ungleich einem Atmosphärendruck anliegt und/oder ein mechanisches Betätigungsmittel zum Schalten der Schaltfolie vorgesehen ist.
Über ein Federelement, welches sich an dem wenigstens einen Gehäuseteil abstützt, wird dabei eine Kraft auf die Schaltfolie ausgeübt, um das Regelverhalten der Einheit geeignet einstellen zu können. Der Abfluss kann dazu an einem im Gehäuseteil angeordneten Ende einen Ventilsitz aufweisen, welcher durch den Verschlussbereich der Schaltfolie verschließbar ist, wodurch eine Ableitung des Fluids von dem Zufluss zu dem Abfluss regelbar ist. Das Federelement übt dabei die geeignete Gegenkraft auf die Schaltfolie aus, um das Regelverhalten der Einheit im gewünschten Druckbereich zu erreichen. Die dem zu regelnden Fluid abgewandte Seite der Schaltfolie wird dabei üblicherweise mit Atmosphärendruck beaufschlagt.
Erfindungsgemäß ist ein Öffnungsquerschnitt des wenigstens einen Gehäuseteils der Einheit durch einen Wirkbereich der Schaltfolie abgeschlossen. Dadurch kann der Durchfluss der Einheit wirksam reguliert, freigegeben, abgesperrt oder gedrosselt werden. Ein den Wirkbereich umgebender Randbereich der Schaltfolie erlaubt eine fluiddichte Anbindung der Schaltfolie aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer, insbesondere aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Thermoplast, an das Gehäuse der Einheit, welches günstigerweise aus Kunststoff, beispielsweise glasfaserverstärktem Polyamid (PA) gefertigt sein kann, und stellt einen weiteren großen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik dar, bei dem impermeable oder geschlossene Membranen keinen Anspruch auf Dichtigkeit haben, sondern lediglich formschlüssig mit dem Gehäuse verbunden sind. Durch die fluiddichte Verbindung wird ein Bereich der Einheit als Dichtbereich abgedichtet und so die Funktion der Einheit beispielsweise als Druckregelventil vorteilhaft gewährleistet, da die Schaltfolie sowohl jeweils ein Gehäuseteil fluiddicht abdichten kann, indem sie mit dem Gehäuseteil fest verbunden ist, als auch Innenräume zweier Gehäuseteile gegeneinander abdichten kann, wenn das erste Gehäuseteil mit einem zweiten Gehäuseteil verschlossen ist, etwa mit einem Gehäusedeckel.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann radial außen wenigstens eine umlaufende Fügefläche am wenigstens einen Gehäuseteil vorgesehen sein, an welcher die Schaltfolie mit dem wenigstens einen Gehäuseteil verbunden ist, insbesondere fest verbunden ist und insbesondere fest und fluiddicht verbunden ist. Durch die feste Verbindung der Schaltfolie mit der radial außen umlaufenden Fügefläche kann sich der zentrale Innenbereich der Schaltfolie insgesamt in axialer Richtung frei bewegen und so als Dichtbereich der Schaltfolie die eigentliche Schaltfunktion der Einheit, beispielsweise als Druckregelventil, ausüben. Durch die fluiddichte Anbindung der Schaltfolie an wenigstens ein Gehäuseteil kann auch wirksam vermieden werden, dass eventuelle Ausgasungen des Materials in die Umgebung gelangen können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein radial außen liegender Fügebereich der Schaltfolie mit dem wenigstens einen Gehäuseteil durch wenigstens teilweises Aufschmelzen des Fügebereichs der Schaltfolie und/oder der Fügefläche des Gehäuseteils verbunden sein, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein. Eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung der Schaltfolie durch Aufschmelzen des Materials, wie beispielsweise Schweißen, mit der Fügefläche des Gehäuseteils kann sowohl die Abdichtung des Öffnungsquerschnitts des Gehäuseteils als auch die feste, fluiddichte und dauerhafte Anbindung der Schaltfolie für eine sichere Funktion während des Betriebs der Einheit gewährleisten. Durch das Aufschmelzen ist es möglich, dass einer der Fügepartner, Fügebereich der Schaltfolie oder Fügefläche des Gehäuseteils, aufschmilzt und sich mit dem jeweils anderen Fügepartner zumindest teilweise verbindet. Alternativ ist auch möglich, dass beide Fügepartner aufschmelzen und sich die aufgeschmolzenen Werkstoffe vermischen und so beim Erstarren fest verbinden. Weiter ist auch möglich, dass nur das Gehäuseteil aufgeschmolzen wird und so aufgeschmolzenes Material des Gehäuseteils an der Schaltfolie haftet. Auf diese Weise findet keine direkte Vermischung der Materialien statt. Dadurch kann jedoch eine teilweise stoffschlüssige, teilweise formschlüssige Verbindung erreicht werden. Insbesondere kann eine stoffschlüssige Verbindung wenigstens in einer obersten Materialschicht durch Aktivieren wenigstens einer Oberfläche der Schaltfolie erreicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in der Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils wenigstens eine umlaufende Nut zur Aufnahme von aufgeschmolzenem Material des Fügebereichs und/oder der Fügefläche vorgesehen sein, wobei insbesondere eine umlaufende Nut radial innerhalb der Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils und eine umlaufende Nut radial außerhalb der Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils zur Aufnahme von aufgeschmolzenem Material des Fügebereichs und/oder der Fügefläche vorgesehen sein kann. Das aufgeschmolzene und überstehende Material kann auf diese Weise zweckmäßig in der Nut aufgenommen werden und so beim Aufbringen und Anpressen der Schaltfolie auf das Gehäuseteil sich gezielt in der Nut verteilen, so dass Fügebereich der Schaltfolie und Fügefläche des Gehäuseteils direkt aufeinander haften, wodurch eine fluiddichte und dauerhafte Verbindung erreicht werden kann. Insbesondere kann so das aufgeschmolzene Material, welches überschüssig ist, zu beiden Seiten der Fügestelle wegfließen und sich in den Nuten verteilen, so dass Fügebereich der Schaltfolie und Fügefläche des Gehäuseteils direkt aufeinander haften können.
Zur Vorbereitung des Aufschmelzens kann es günstig sein, die Oberfläche der Schaltfolie in dem Bereich, wo sich die Schaltfolie mit dem Gehäuseteil verbinden wird, entsprechend vorzubehandeln und zu aktivieren, um die Oberflächenspannung zu verändern. Ein solches Aktivieren kann dabei zweckmäßigerweise ein oder mehrere Verfahren wie Ätzen, Plasmabehandlung, mechanisches Aufrauen, Prägen, Perforieren oder ähnliche geeignete Verfahren umfassen. Dadurch kann die Verbindung zwischen den Fügepartnern verbessert werden. Insbesondere ist es günstig, eine Oberfläche der Schaltfolie, welche dem Fluid ausgesetzt ist, wie es beispielsweise in einer ersten Kammer des ersten Gehäuseteils der Fall ist, einer Behandlung durch Aktivierung zu unterziehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils in einer Längsrichtung selbstjustierend ausgebildet sein. Insbesondere kann die Fügefläche nach oben oder nach unten konisch oder gekrümmt oder gewellt ausgebildet sein. Durch die selbstjustierende Fügefläche kann eine besonders gute Anbindung eines anderen Gehäuseteils wie auch der Schaltfolie mit automatischer Zentrierung des ersten Gehäuseteils oder der Schaltfolie vor und während des Vorgangs des Verbindens sichergestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann radial innerhalb der Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils wenigstens eine radial umlaufende Nut vorgesehen sein, welche radial innen durch einen Rand zur Abstützung der Schaltfolie bei axialen Bewegungen quer zum Öffnungsquerschnitt begrenzt ist, wobei insbesondere zwei axial gegenüberliegende und/oder radial versetzte Nuten mit einem Rand, insbesondere einem Abrollrand, vorgesehen sein können. Durch einen Abrollradius an dem Rand lassen sich dynamische Bewegungen der Schaltfolie mit ihrem Wirkbereich bei der Ausführung der Funktion im Druckregelventil vorteilhaft unterstützen und gleichzeitig ein Schutz vor Beschädigung durch die Bewegung der Schaltfolie erreichen. Die Nut mit Rand kann dabei zweckmäßigerweise so ausgelegt sein, dass sie die Schweißraupen so aufnimmt, dass nach dem Aufschmelzen keine Schweißraupen im Biegebereich der Schaltfolie liegen, um eine Beschädigung und eine Behinderung dieser während des Betriebes zu vermeiden. Die Schaltfolie liegt dabei während ihrer Schaltbewegung immer an mindestens einem Rand an, bevorzugt jedoch an zwei Rändern gleichzeitig an. Um eine Beschädigung der Schaltfolie während des Fügeverfahrens wie zum Beispiel durch eine unzulässige Verpressung der Schaltfolie durch die Ränder zu verhindern, können die Ränder radial versetzt angeordnet sein. So ist eine Realisierung einer Anbindung einfacher, in der die Schaltfolie an zwei Rändern gleichzeitig anliegt. Eine Bewegung an der Grenzfläche zu einer Schweißraupe oder einer Kante kann dann ausgeschlossen werden. Der Rand kann für die Folienbewegung optimiert sein, so dass die Schaltfolie im Betrieb vor Beschädigungen durch den Rand weitgehend geschützt ist. Auch ist es möglich, eine Vorspannung der Schaltfolie über diese Ränder einzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Gehäuse mit dem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil vorgesehen sein und durch die Schaltfolie die erste Kammer von einer zweiten Kammer fluiddicht getrennt sein. So kann die zweite Kammer der Einheit mit einem Atmosphärendruck beaufschlagbar sein. Zu einem effektiven Regelverhalten der Einheit soll sich die Schaltfolie möglichst frei bewegen können, weshalb die zweite Kammer, welche durch den Wirkbereich der Schaltfolie von der ersten Kammer, in der sich das zu regelnde Fluid befindet, abgetrennt ist, zweckmäßigerweise mit dem Umgebungsbereich, also dem Atmosphärendruck, in Verbindung steht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das wenigstens eine Gehäuseteil radial außerhalb der Fügefläche einen umlaufenden Rand zum Verschließen des wenigstens einen Gehäuseteils mit dem zweiten Gehäuseteil mittels wenigstens teilweisem Aufschmelzen des Randes aufweisen. Vorteilhaft kann so das wenigstens eine Gehäuseteil radial außerhalb der Fügefläche zum Verschließen des Öffnungsquerschnitts mittels Aufschmelzens mit der Schaltfolie ausgebildet sein. Zusätzlich kann dadurch das Gehäuseteil, bei dem der Öffnungsquerschnitt durch die Schaltfolie fluiddicht abgeschlossen ist, mit einem anderen Gehäuseteil, beispielsweise einem Deckel, fest verschweißt sein oder das Gehäuseteil kann an ein anderes Bauteil angeschweißt sein. Dadurch kann ein weiteres fluiddichtes Verschließen der Einheit zu einem sicheren Betrieb, beispielsweise als Druckregelventil, erreicht werden. Die Fügefläche für das Verschweißen kann dabei zweckmäßig so ausgebildet sein, dass Schweißraupen durch den Prozess des Schweißens die Verbindung der Gehäuseteile nicht beeinträchtigen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer-Material Polytetrafluorethylen oder Polytetrafluorethylen mit Zumischungen oder thermoplastisch verarbeitbares Polytetrafluorethylen sein.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden einer Schaltfolie mit wenigstens einem Gehäuseteil eines Gehäuses einer Einheit vorgeschlagen, wobei die Schaltfolie aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material, insbesondere aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Thermoplast, gebildet ist, und wobei ein radial außen liegender Fügebereich der Schaltfolie im Bereich wenigstens einer Fügefläche mit dem wenigstens einen Gehäuseteil durch wenigstens teilweises Aufschmelzen des Fügebereichs und/oder der Fügefläche verbunden wird, insbesondere fest verbunden wird. Das Verfahren umfasst dabei ein Auflegen und Anpressen des Fügebereichs der Schaltfolie auf die Fügefläche des wenigstens einen Gehäuseteils, gefolgt von einem wenigstens teilweisen Aufschmelzen des Fügebereichs und/oder der Fügefläche. Nach Verpressen der Schaltfolie mit dem Gehäuseteil und Aufschmelzen und Erstarren des aufgeschmolzenen Materials kann so eine dauerhafte und fluiddichte Anbindung der Schaltfolie an das Gehäuseteil und damit ein Verschließen des Öffnungsquerschnitts des Gehäuseteils erreicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Fügebereich der Schaltfolie durch wenigstens eines der Verfahren Ätzen, Plasmabehandlung, mechanisches Aufrauen, Prägen, Perforieren vorbehandelt werden. Zur Vorbereitung des Aufschmelzens ist es günstig, die Oberfläche der Schaltfolie in dem Bereich, wo sie mit dem Gehäuseteil verbunden wird, entsprechend vorzubehandeln und zu aktivieren, was mit einem der genannten Verfahren günstig zu erreichen ist. Dadurch kann die Oberflächenspannung verändert werden, wodurch der Prozess des thermischen Fügens wesentlich verbessert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Anschmelzen des Fügebereichs der Schaltfolie und/oder Aufschmelzen der Fügefläche des Gehäuseteils mittels wenigstens einem der Verfahren Schweißen, Ultraschallschweißen, Spiegelschweißen, Laserschweißen, thermisches Fügen erfolgen. Diese Schweißverfahren sind besonders zum Herstellen einer dauerhaften Verbindung von Fügepartnern aus Kunststoff geeignet und können in bewährter Weise dafür eingesetzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann nach dem Auflegen der Schaltfolie auf das wenigstens erste Gehäuseteil mit dem Fügebereich über der Fügefläche ein zweites Gehäuseteil auf die Schaltfolie aufgelegt werden und dadurch ein Gehäuse gebildet werden. Das zweite Gehäuseteil kann dabei zweckmäßig ebenfalls mit der Schaltfolie und/oder mit dem ersten Gehäuseteil durch Aufschmelzen des Materials verbunden werden. Alternativ ist auch denkbar, die beiden Gehäuseteile, welche aus Kunststoff wie beispielsweise glasfaserverstärktem Polyamid (PA) ausgebildet sein können, radial außerhalb der Schaltfolie zu verbinden, insbesondere zu verschweißen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Fügebereich der Schaltfolie beim Verschließen des Gehäuses im Bereich der Fügefläche verpresst werden. Dadurch kann die fluiddichte Verbindung günstig verbessert werden.
Vorteilhaft kann die Schaltfolie durch wenigstens eine radial innerhalb der Fügefläche in dem wenigstens einen Gehäuseteil radial umlaufende Nut, welche radial innen durch einen Rand, insbesondere einen Abrollrand, zur Abstützung der Schaltfolie bei axialen Bewegungen quer zu ihrer Querschnittsfläche begrenzt ist, axial abgestützt werden. Dadurch lassen sich dynamische Bewegungen der Schaltfolie bei der Ausführung der Funktion im Druckregelventil vorteilhaft unterstützen und gleichzeitig ein Schutz vor Beschädigung durch die Bewegung der Schaltfolie erreichen. Die Nut mit Rand ist dabei zweckmäßigerweise so ausgelegt, dass sie die Schweißraupe aufnimmt, sodass nach einem Aufschmelzen keine Reste einer Schweißraupe im Biegebereich der Schaltfolie liegen, um eine Beschädigung und eine Behinderung dieser während des Betriebes zu vermeiden. Die Schaltfolie liegt dabei während ihrer Schaltbewegung immer an mindestens einem Rand an, bevorzugt jedoch an zwei Rändern gleichzeitig an. Um eine Beschädigung der Schaltfolie während des Fügeverfahrens wie zum Beispiel durch eine unzulässige Verpressung der Schaltfolie durch die Ränder zu verhindern, können die Ränder radial versetzt angeordnet sein. So ist eine Realisierung einer Anbindung einfacher, in der die Schaltfolie an zwei Rändern gleichzeitig anliegt. Eine Bewegung an der Grenzfläche zu einer Schweißraupe oder einer Kante kann dann ausgeschlossen werden. Der Rand kann für die Folienbewegung optimiert sein, so dass die Schaltfolie im Betrieb vor Beschädigungen durch den Rand geschützt wird.
Zweckmäßigerweise kann die Schaltfolie durch zwei im Gehäuse angeordnete Nuten mit einem Rand, welche einander gegenüberliegend oder radial versetzt gegeneinander angeordnet sind, axial abgestützt werden. In dieser weiteren Ausführungsform können die Ränder der Gehäuseteile zueinander verschoben sein, um beim Fügeprozess die Schaltfolie in diesem Bereich nicht zu quetschen. Auch ist es möglich, die Vorspannung der Schaltfolie über diese Ränder einzustellen.
Weiter kann das Gehäuse vorteilhaft an einem radialen Außenumfang nach Verbinden der Schaltfolie mit dem wenigstens einen Gehäuseteil mittels wenigstens teilweisem Aufschmelzen eines radial außerhalb der Fügefläche angeordneten Randes wenigstens eines Gehäuseteils verschlossen werden. Zusätzlich kann dadurch das Gehäuseteil, bei dem der Öffnungsquerschnitt durch die Schaltfolie fluiddicht abgeschlossen ist, mit einem anderen Gehäuseteil, beispielsweise einem Deckel, fest verschweißt sein oder das Gehäuseteil kann an ein anderes Bauteil angeschweißt sein. Dadurch kann ein weiteres fluiddichtes Verschließen der Einheit zu einem sicheren Betrieb beispielsweise als Druckregelventil erreicht werden. Die Fügefläche für das Verschweißen kann dabei zweckmäßig so ausgebildet sein, dass Schweißraupen durch den Prozess des Schweißens die Verbindung der Gehäuseteile und die Verbindung der Schaltfolie mit den Gehäuseteilen nicht beeinträchtigen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die erfindungsgemäße Einheit zur Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder zur Druckregelung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:

1 eine Einheit mit einer Schaltfolie aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung;
2 eine Einheit mit einer Schaltfolie nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung;
3 eine Einheit mit Schaltfolie im montierten Zustand vor dem Ausführen des Verbindungsprozesses nach einem nächsten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung;
4 die Einheit aus 3 mit verbundener Schaltfolie und verschweißtem Gehäuse in einer Schnittdarstellung;
5 eine Einheit mit Schaltfolie im montierten Zustand vor dem Ausführen des Verbindungsprozesses nach einem nächsten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Schnittdarstellung;
6 die Einheit aus 5 mit verbundener Schaltfolie und verschweißtem Gehäuse in einer Schnittdarstellung;
7 in Schnittdarstellung einen vereinfachten Ausschnitt einer Variante des Fügebereichs der Einheit aus 3 mit nur einer Nut und ohne zweites Gehäuseteil;
8 den Fügebereich der Einheit aus 7 in Schnittdarstellung nach dem Verbindungsprozess;
9 einen Ausschnitt des Fügebereichs der Einheit aus 3 in Schnittdarstellung;
10 den Fügebereich der Einheit aus 9 in Schnittdarstellung nach dem Verbindungsprozess;
11 einen Ausschnitt des Fügebereichs der Einheit aus 5 in Schnittdarstellung; und
12 einen Ausschnitt des Fügebereichs der Einheit aus 6 in Schnittdarstellung nach dem Verbindungsprozess.

Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Einheit 10 zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks mit einer Schaltfolie 22 aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer-Material ist dabei beispielsweise Polytetrafluorethylen oder Polytetrafluorethylen mit Zumischungen oder thermoplastisch verarbeitbares, insbesondere in einem Spritzprozess verarbeitbares, Polytetrafluorethylen. Die Einheit 10 dient zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, insbesondere zur Verwendung zur Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder zur Druckregelung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine. Die Einheit 10 weist ein Gehäuse 12 mit einem ersten Gehäuseteil 13 und einem zweiten Gehäuseteil 14, dem Gehäusedeckel, auf, wobei das erste Gehäuseteil 13 einen Zufluss 28 und einen Abfluss 30 für das Fluid aufweist. Die Schaltfolie 22 ist aus einer Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Folie, beispielsweise PTFE, gebildet und ist mit einem Fügebereich 42 zwischen erstem Gehäuseteil 13 und dem zweiten Gehäuseteil 14 eingespannt.
Der Öffnungsquerschnitt 40 der beiden Gehäuseteile 13, 14 ist durch die Schaltfolie 22 mit deren Wirkbereich abgeschlossen. Radial außen sind zwei umlaufende Fügeflächen 50, 52 an den beiden Gehäuseteilen 13, 14 vorgesehen, an welchen die Schaltfolie 22 mit den beiden Gehäuseteilen 13, 14 fluiddicht verbunden ist. So ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein radial außen liegender Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 mit den beiden Gehäuseteilen 13, 14 durch wenigstens teilweises Aufschmelzen des Fügebereichs 42 der Schaltfolie 22 und/oder der Fügefläche 50, 52 des Gehäuseteils 13, 14 stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. In den Ausführungsbeispielen in den 1 und 2 ist der Aufschmelzbereich 44 jeweils schematisch durch Schweißraupen 48 dargestellt. Details des Aufschmelzbereichs 44 mit Nuten 46, 64 und Schweißraupen 48 sind den 4, 6, 8, 10, 12 zu entnehmen.
Die Schaltfolie 22 trennt eine erste Kammer 36 der Einheit 10 von einer zweiten Kammer 38 fluiddicht. Es herrscht eine Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer 36 und der zweiten Kammer 38, wobei die zweite Kammer 38 mit der Umgebung, also dem Atmosphärendruck, in Verbindung (nicht dargestellt) steht. Die Schaltfolie 22 kann mit Druckdifferenzen von 1 bis 250 mbar, bevorzugt von 1 bis 100 mbar, bewegt werden und dient zum Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids zwischen dem Zufluss 28 und dem Abfluss 30. Der Zufluss 28 der Einheit 10 ist im Einsatzfall z. B. mit dem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine fluidmäßig verbunden, während der Abfluss 30 mit dem Ansaugtrakt fluidmäßig verbunden ist. Die Schaltfolie 22 weist einen tellerartigen Flachkörper 16 auf, mit einem einen zentralen Verschlussbereich 24 umgebenden wellenförmigen Biegebereich 18. Der Biegebereich 18 bewegt beim Schalten der Schaltfolie 22 durch eine dehnungsarme, insbesondere dehnungsfreie, Biegebewegung den Verschlussbereich 24 gegenüber einem Ventilsitz 32 in axialer Richtung L auf den Ventilsitz 32 hin oder von dem Ventilsitz 32 weg. Die Schaltfolie 22 weist dafür zumindest im Biegebereich 18 eine Dicke von höchstens 0,5 mm, bevorzugt von höchstens 0,3 mm, besonders bevorzugt von höchstens 0,2 mm, auf. Der Durchmesser der Schaltfolie 22 liegt dabei zwischen 40 mm und 100 mm, bevorzugt zwischen 50 mm und 80 mm.
Der Biegebereich 18 erstreckt sich in radialer Richtung wellenförmig um den Verschlussbereich 24, wobei eine Vertiefung auf einer Flachseite einer Erhebung auf der anderen Flachseite der Schaltfolie 22 entspricht. Der Verschlussbereich 24 verschließt den Ventilsitz 32, wenn er auf dem Ventilsitz 32 aufliegt. Ein Federelement 26 ist vorgesehen, welches sich an dem ersten Gehäuseteil 13 abstützt, das eine Kraft auf den Verschlussbereich 24 der Schaltfolie 22 ausübt. Das Federelement 26 ist dabei über einen ringförmig ausgebildeten Teller 34 am Verschlussbereich 24 abgestützt. Der Verschlussbereich 24 ist als eine topfförmige Ausstülpung 20 der Schaltfolie 22 ausgebildet, wobei der Teller 34 in Form eines Stützrings diese Ausstülpung ringförmig einfasst. Das Federelement 26 kann alternativ ohne Teller 34 an der Schaltfolie 22 angreifen und dabei an seiner Stirnseite, die der Ausstülpung 20 zugewandt ist, zum Schutz der Schaltfolie 22 umspritzt sein, so dass die Umspritzung den Teller 34 ersetzen könnte.
Radial innerhalb der Fügefläche 50, 52 der beiden Gehäuseteile 13, 14 ist jeweils eine radial umlaufende Nut 54, 56 vorgesehen, welche radial innen durch einen Rand 58, 60 zur Abstützung der Schaltfolie 22 bei axialen Bewegungen quer zum Öffnungsquerschnitt 40 begrenzt ist. Die beiden Nuten 54, 56 liegen einander axial gegenüber. Dadurch, dass die Schaltfolie 22 auf den abgerundeten Rändern 58, 60 aufliegt und dazwischen eingeklemmt ist, ist die Schaltfolie 22 bei axialen Bewegungen ihres Wirkbereichs auf Grund der Regelfunktion der Einheit 10 gegen übermäßigen Verschleiß und Beschädigungen durch scharfe Kanten geschützt.
2 zeigt in einer Schnittdarstellung eine Einheit 10 mit einer Schaltfolie 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der grundsätzliche Aufbau der Einheit 10 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel in 1. Die Fügeflächen 50, 52 der beiden Gehäuseteile 13, 14 sind jedoch in der Längsrichtung L konisch ausgebildet. Dadurch kann die Schaltfolie 22 beim Fügen der Schaltfolie 22 an das erste Gehäuseteil 13 und beim Zusammenbau des Gehäuses 12 durch Aufsetzen des zweiten Gehäuseteils 14 vorteilhaft zentriert werden. Die Nuten 54, 56 mit ihren Rändern 58, 60 sind dabei, im Gegensatz zu der Ausführungsform in 1, wo sie axial gegenüberliegend angeordnet sind, radial versetzt angeordnet, was sich auch günstig für die Abstützung der Schaltfolie 22 bei der axialen Bewegung der Schaltfolie 22 auswirken kann.
In 3 ist eine Einheit 10 mit Schaltfolie 22 im montierten Zustand vor dem Ausführen des Verbindungsprozesses nach einem nächsten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Schnitt dargestellt. Das Federelement 26 ist dabei der Übersichtlichkeit halber weggelassen. In den 7 und 9 sind jeweils ein vereinfachter Ausschnitt des Gehäuses 12 der Einheit 10 aus 3 mit Fügebereich 42 bzw. ein Ausschnitt des Gehäuses 12 dargestellt. In 7 ist als weitere Ausführungsform der Verbindung eine Variante ohne die Nut 64 im ersten Gehäuseteil 13 dargestellt, bei dem nur eine Nut 46 und kein zweites Gehäuseteil über der Schaltfolie 22 vorgesehen ist. In einer alternativen Ausführung kann ein zweites Gehäuseteil vorgesehen sein, welches die Schaltfolie 22 abdeckt.
In der Schnittdarstellung der Einheit 10 in 3 ist zu erkennen, dass in der Fügefläche 50 des ersten Gehäuseteils 13 eine umlaufende Nut 46 zur Aufnahme von aufgeschmolzenem Material des Fügebereichs 42 und/oder der Fügefläche 50 vorgesehen ist. Im Gegensatz zu den beiden Ausführungsbeispielen in den 1 und 2 sind bei der Einheit 10 in 3 keine Nuten 54, 56 vorgesehen. Die Schaltfolie 22 ist zwischen den beiden Gehäuseteilen 13, 14 eingespannt. Ränder 58, 60 mit einem Abrollradius zur Entlastung der Schaltfolie 22 sind jedoch vorgesehen.
Ein radial außen liegender Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 wird im Bereich der Fügefläche 50 mit dem ersten Gehäuseteil 13 durch wenigstens teilweises Aufschmelzen des Fügebereichs 42 und/oder der Fügefläche 50 fest verbunden, indem der Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 auf die Fügefläche 50 des ersten Gehäuseteils 13 aufgelegt und angepresst wird und der Fügebereich 42 und/oder die Fügefläche 50 wenigstens teilweise aufgeschmolzen wird. Dabei kann das Aufschmelzen des Fügebereichs 42 und/oder der Fügefläche 50 mittels wenigstens einem der Verfahren Schweißen, Ultraschallschweißen, Spiegelschweißen, Laserschweißen, thermisches Fügen erfolgen. Die Schaltfolie 22 weist dabei vorteilhaft wenigstens im Bereich des Fügebereichs 42 eine aktivierte Oberfläche mit veränderter Oberflächenspannung auf, um ein gutes Anbinden zu erzielen, wobei der Fügebereich 42 beispielsweise durch eines der Verfahren Ätzen, Plasmabehandlung, mechanisches Aufrauen, Prägen, Perforieren vorbehandelt wird. Nach dem Auflegen der Schaltfolie 22 auf das wenigstens erste Gehäuseteil 13 mit dem Fügebereich 42 über der Fügefläche 50 wird ein zweites Gehäuseteil 14 auf die Schaltfolie 22 aufgelegt und dadurch das Gehäuse 12 gebildet. Der Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 wird beim Verschließen des Gehäuses 12 im Bereich der Fügeflächen 50, 52 verpresst.
4 zeigt die Einheit 10 aus 3 mit verbundener Schaltfolie 22 und verschweißtem Gehäuse 12. In den 8 und 10 sind jeweils ein vereinfachter Ausschnitt des Gehäuses 12 der Einheit 10 aus 4 mit Fügebereich 42 bzw. ein Ausschnitt des Fügebereichs 42 dargestellt. In 8 ist als weitere Ausführungsform der Verbindung eine Variante ohne die Nut 64 im ersten Gehäuseteil 13 dargestellt.
Das Gehäuse 12 wird an einem radialen Außenumfang vorzugsweise nach Verbinden der Schaltfolie 22 mit dem Gehäuseteil 13 mittels wenigstens teilweisem Aufschmelzen eines radial außerhalb der Fügefläche 50 angeordneten Randes 66 des Gehäuseteils 13 verschlossen. Zu diesem Zweck ist das Gehäuseteil 13 radial außerhalb der Fügefläche 50 zum Verschließen des Öffnungsquerschnitts 40 mittels Schweißen ausgebildet. Dazu weist das erste Gehäuseteil 13 die umlaufenden Nuten 46, 64 auf, welche dazu vorgesehen sind, eine beim Schweißen des insbesondere aus Kunststoff ausgebildeten Gehäuses 12 entstehende Schweißraupe 48 aufzunehmen, so dass die beiden Fügeflächen 50, 52 der beiden Gehäuseteile 13, 14 nach dem Fügeprozess direkt auf der Schaltfolie 22 zu liegen kommen.
Im Vergleich der in den 7 und 9 gezeigten Ausschnitte mit den in den 8 und 10 dargestellten Ausschnitten ist auch deutlich zu erkennen, dass die beiden Gehäuseteile 13, 14 (9 und 10) unmittelbar nach Aufbringen der Schaltfolie 22 und Aufsetzen des zweiten Gehäuseteils 14 durch die Fügefläche 50 und den umlaufenden Rand 66 des ersten Gehäuseteils 13 auf Abstand gehalten werden, welcher erst nach dem teilweisen Aufschmelzen der Fügefläche 50 sowie des Randes 66 des Gehäuseteils 13 durch Aufschmelzen des Materials verschwindet, so dass dadurch die beiden Gehäuseteile 13, 14 an den Fügeflächen 50, 52 direkt auf der Schaltfolie 22 liegen und die Schaltfolie 22 dazwischen fluiddicht verpresst ist.
In den 5 und 6 ist eine Einheit 10 mit Schaltfolie 22 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Schnitt dargestellt, wobei die Schaltfolie 22 in 6 mit dem zweiten Gehäuseteil 14, das als Deckel ausgebildet ist, fest verbunden ist. Die Anordnung der Nuten 46, 64 ist dabei spiegelbildlich zu der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform in dem zweiten Gehäuseteil 14 ausgebildet. Details zu der Verbindung der Schaltfolie 22 mit dem zweiten Gehäuseteil 14 sowie der Verbindung der zwei Gehäuseteile 13, 14 sind den 11 und 12 zu entnehmen. Der Fügebereich 42 der Schaltfolie 22 wird durch Aufschmelzen des Fügebereichs 42 und/oder der Fügefläche 52 des zweiten Gehäuseteils 14 mit dem Gehäuseteil 14 stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden. Die dabei entstehenden Schweißraupen 48 können in den Nuten 46, 64 aufgenommen werden. Die beiden Gehäuseteile 13, 14 werden durch Aufschmelzen des Randes 66 miteinander stoffschlüssig verbunden. Durch Aufschmelzen des Materials in die Schweißraupen 48 liegen nach dem Aufschmelzen des Materials die beiden Gehäuseteile 13, 14 an den Fügeflächen 50, 52 direkt auf der Schaltfolie 22 und verpressen so die Schaltfolie 22 zusätzlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2629621 A1 [0006]

Claims

Einheit (10) zum Regeln oder Steuern eines Fluiddrucks, mit wenigstens einem Gehäuseteil (13, 14) und einer mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) verbundenen Schaltfolie (22) zum Schalten bei Druckdifferenzen von 1 bis 250 mbar, bevorzugt von 1 bis 100 mbar, relativ zu einem auf die Schaltfolie (22) wirkenden Umgebungsdruck, und zum Regulieren, Freigeben oder Absperren eines Durchflusses des Fluids zwischen einem Zufluss (28) und einem Abfluss (30) für das Fluid, wobei die Schaltfolie (22) aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material, insbesondere aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Thermoplast, gebildet ist, wobei ein Öffnungsquerschnitt (40) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) durch die Schaltfolie (22) abgeschlossen ist.
Einheit nach Anspruch 1, wobei radial außen wenigstens eine umlaufende Fügefläche (50, 52) am wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) vorgesehen ist, an welcher die Schaltfolie (22) mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) verbunden ist, insbesondere fest verbunden, insbesondere fest und fluiddicht verbunden ist.
Einheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein radial außen liegender Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) durch wenigstens teilweises Aufschmelzen des Fügebereichs (42) der Schaltfolie (22) und/oder der Fügefläche (50, 52) des Gehäuseteils (13, 14) verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Fügefläche (50, 52) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) wenigstens eine umlaufende Nut (46, 64) zur Aufnahme von aufgeschmolzenem Material des Fügebereichs (42) und/oder der Fügefläche (50, 52) vorgesehen ist, wobei insbesondere eine umlaufende Nut (46) radial innerhalb der Fügefläche (50, 52) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) und eine umlaufende Nut (64) radial außerhalb der Fügefläche (50, 52) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) zur Aufnahme von aufgeschmolzenem Material des Fügebereichs (42) und/oder der Fügefläche (50, 52) vorgesehen ist.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fügefläche (50, 52) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) in einer Längsrichtung (L) selbstjustierend, insbesondere konisch, gekrümmt oder gewellt, ausgebildet ist.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei radial innerhalb der Fügefläche (50, 52) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) wenigstens eine radial umlaufende Nut (54, 56) vorgesehen ist, welche radial innen durch einen Rand (58, 60) zur Abstützung der Schaltfolie (22) bei axialen Bewegungen quer zum Öffnungsquerschnitt (40) begrenzt ist, wobei insbesondere zwei axial gegenüberliegende und/oder radial versetzte Nuten (54, 56) mit einem Rand (58, 60) vorgesehen sind.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Gehäuse (12) mit dem ersten Gehäuseteil (13) und einem zweiten Gehäuseteil (14) vorgesehen ist und durch die Schaltfolie (22) eine erste Kammer (36) von einer zweiten Kammer (38) fluiddicht getrennt ist.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine Gehäuseteil (13, 14) radial außerhalb der Fügefläche (50, 52) einen umlaufenden Rand (66) zum Verschließen des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14) mit dem zweiten Gehäuseteil (14, 13) mittels wenigstens teilweisem Aufschmelzen des Randes (66) aufweist.
Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fluor und Kohlenstoff aufweisende Polymer-Material Polytetrafluorethylen oder Polytetrafluorethylen mit Zumischungen oder thermoplastisch verarbeitbares Polytetrafluorethylen ist.
Verfahren zum fluiddichten Verbinden einer Schaltfolie (22) mit wenigstens einem Gehäuseteil (13, 14) eines Gehäuses (12) einer Einheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltfolie (22) aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Polymer-Material, insbesondere aus einem Fluor und Kohlenstoff aufweisenden Thermoplast, gebildet ist, und wobei ein radial außen liegender Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) im Bereich wenigstens einer Fügefläche (50, 52) mit dem wenigstens einen Gehäuseteil (13, 14) durch wenigstens teilweises Aufschmelzen des Fügebereichs (42) und/oder der Fügefläche (50, 52) verbunden wird, insbesondere fest verbunden wird, umfassend - Auflegen und Anpressen des Fügebereichs (42) der Schaltfolie (22) auf die Fügefläche (50, 52) des wenigstens einen Gehäuseteils (13, 14); - wenigstens teilweises Aufschmelzen des Fügebereichs (42) und/oder der Fügefläche (50, 52).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) durch wenigstens eines der Verfahren Ätzen, Plasmabehandlung, mechanisches Aufrauen, Prägen, Perforieren vorbehandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei ein Anschmelzen des Fügebereichs (42) der Schaltfolie (22) und/oder Aufschmelzen der Fügefläche (50, 52) des Gehäuseteils (13, 14) mittels wenigstens einem der Verfahren Schweißen, Ultraschallschweißen, Spiegelschweißen, Laserschweißen, thermisches Fügen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei nach dem Auflegen der Schaltfolie (22) auf das wenigstens erste Gehäuseteil (13) mit dem Fügebereich (42) über der Fügefläche (50, 52) ein zweites Gehäuseteil (14) auf die Schaltfolie (22) aufgelegt wird und dadurch ein Gehäuse (12) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Fügebereich (42) der Schaltfolie (22) beim Verschließen des Gehäuses (12) im Bereich der Fügefläche (50, 52) verpresst wird.
Verwendung einer Einheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Druckregelung einer Brennkraftmaschine und/oder zur Druckregelung eines Kurbelgehäuses einer Brennkraftmaschine.